2.3.1. Yêu cầu
Hệ thống phân phối khí nén cĩ nhiệm vụ chuyển khơng khí từ máy nén khí đến khâu cuối cùng để sử dụng, ví dụ như động cơ khí nén, máy ép dùng khí nén, máy nâng hạ dùng khí nén, dụng cụ cầm tay dùng khí né và hệ thống điều khiển bằng khí nén (cơ cấu chấp hành, phần tử điều khiển…)
Truyền tải khơng khí nén được thực hiện bằng hệ thống ống dẫn khí nén, cần phân biệt mạng đường ống được lắp ráp cố định (như trong các nhà máy) và mạng đường ống lắp ráp trong từng thiết bị, trong từng máy (như hình vẽ)
Hình 2.19 Nguyên lý Ventury Máy nén khí Bình trích chứa chính Bình trích chứa trung gian Bình ngưng tụ hơi nước Van xả nước Thiết bị lọc
Bình chứa cho thiết bị, máy mĩc
Độ nghiêng đường ống 1%- 2%
26 Yêu cầu đối với hệ thống thiết bị phân phối khí nén là đảm bảo cho áp suất p, lưu lượng Q và chất lượng của khí nén cho nơi tiêu thụ, cụ thể là các thiết bị, máy mĩc. Ngồi tiêu chuẩn chọn hợp lý máy nén khí, tiêu chuẩn chọn đúng thơng số của hệ thống ống dẫn (ví dụ: đường kính ống dẫn, vật liệu ống dẫn), cách lắp đặt hệ thống ống dẫn, bảo hành hệ thống thiết bị phân phối khí nén cũng đĩng vai trị quan trọng về phương diện kinh tế cũng như yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống điều khiển bằng khí nén. Yêu cầu về tổn thất áp suất đối với hệ thống thiết bị phân phối khí nén (từ bình trích chứa cho đến nơi tiêu thụ, cụ thể là thiết bị máy mĩc) khơng vượt qua 1.0 bar cụ thể như sau:
- Tổn thất áp suất trong ống dẫn chính 0.1bar - Tổn thất áp suất trong ống nối 0.1bar
- Tổn thất áp suất trong thiết bị xử lý, bình ngưng tụ 0.2bar - Tổn thất áp suất trong thiết bị lọc tinh 0.6bar
2.1.2. Bình trích chứa khí nén
Bình trích chứa khí nén cĩ nhiệm vụ là cân bằng áp suất khí nén từ máy nén khí chuyển đến, trích chứa và ngưng tụ, tách nước.
Kích thước bình chứa phụ thuộc vào cơng suất tiêu thụ của máy nén khí và cơng suất tiêu thụ của thiết bị máy mĩc sử dụng, ngồi ra cịn phụ thuộc vào phương pháp sử dụng khí nén: ví dụ như sử dụng liên tục hay gián đoạn
Bình trích chứa khí nén nên lắp ráp trong khơng gian thống để thực hiện được nhiệm vụ như ngưng tụ và tách nước trong khí nén.
a. Loại bình trích chứa thẳng đứng b. Loại bình trích chứa nằm ngang
c. Loại bình trích chứa nhỏ gắn trực tiếp vào ống dẫn khí. 2.3.3. Mạng đường ống dẫn khí nén
Mạng đường ống dẫn khí nén cĩ thể phân chia làm 2 loại:
+ Mạng đường ống được lắp ráp cố định (trong nhà máy, xí nghiệp)
a b c
27 + Mạng đường ống được lắp ráp di động (ví dụ như đường ống trong dây
chuyền hoặc trong máy mĩc thiết bị) a) Mạng đường ống lắp cố định
Thơng số cơ bản cho mạng đường ống lắp ráp cố định là ngồi lưu lượng khí nén cịn cĩ vận tốc dịng chảy, tổn thất áp suất trong đường ống dẫn khí, áp suất yêu cầu, chiều dài ống dẫn và các phụ tùng nối ống
- Lưu lượng: phụ thuộc vào vận tốc dịng chảy. Vận tốc dịng chảy càng lớn, tổn thất áp suất trong ống dẫn càng lớn
- Vận tốc dịng chảy: được chọn trong khoảng từ 6m/s đến 10m/s. vận tốc dịng chảy khi qua các phụ tùng nối ống sẽ tăng lên hay vận tốc dịng chảy sẽ tăng lên nhất thời khi dây chuyền, máy mĩc đang vận hành
- Tổn thất áp suất: trong các đường ống dẫn chính là 0.1bar. Tuy nhiên trong thực tế sai số cho phép tính đến bằng 5% áp suất yêu cầu. Nếu trong ống dẫn chính cĩ lắp thêm các phụ tùng ống nối, các van thì tổn thất áp suất của hệ thống ống dẫn tăng lên
Khi lắp ráp hệ thống ống dẫn khí nén thường nghiêng gĩc từ 1% - 2% so với mặt phẳng nằm ngang (hình 2.1). Vị trí thấp nhất của hệ thống ống dẫn so với mặt phẳng nằm ngang, lắp ráp bình ngưng tụ nước, để nước trong ống chứa đụng ở đĩ. b) Mạng đường ống lắp ráp di động:
Mạng đường ống lắp ráp di động đa dạng hơn mạng đường ống lắp ráp cố định. Ngồi những đường ống bằng kim loại cĩ thành ống mỏng như ống dẫn bằng đồng, người ta cịn sử dụng thêm các loại ống dẫn bằng nhựa, vật liệu tổng hợp, các đường ống dẫn bằng cao su. Đường kính ống dẫn được lựa chọn phải tương ứng với đường kính mối nối của phần tử điều khiển.
Ngồi những mối lắp ghép bằng ren, mạng đường ống di động cịn sử dụng các mối nối cắm với các đầu kẹp
Tùy theo áp suất của khí nén cho từng loại máy mà chọn những loại ống dẫn cĩ nhứng tiêu chuẩn khác nhau.
* Hệ thống đường ống: Cĩ tác dụng truyên dẫn khí, tạo ra sự liên kết giữa các bộ phận trong hệ thống khí nén
28 * Hệ thống đường ống dẫn khí trong một số nhà máy
29 BÀI 3: CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN
3.1.Các loại van sử dụng trong điều khiển khí nén
Một hệ thống điều khiển bao gồm ít nhất là một mạch điều khiển. mạch điều khiển theo tiêu chuẩn DIN 19266 (tiêu chuẩn của Cộng hịa Liên Bang Đức) được mơ tả như hình vẽ
- Phần tử đưa tín hiệu: nhận những giá trị của đại lượng vật lý như đại lượng vào, là phần tử đầu tiên của mạch điều khiển. Ví dụ: van đảo chiều, van áp suất…
- Phần tử xử lý tín hiệu: Xử lý tín hiệu nhận vào theo một quy tắc logic xác định, làm thay đổi trạng thái các phần tử điều khiển. Ví dụ như: van đảo chiều, van tiết lưu, van logic AND, van OR.
- Phần tử điều khiển: điều khiển dịng năng lượng theo yêu cầu, thay đổi trạng thái của cơ cấu chấp hành, ví dụ: van đảo chiều…
- Cơ cấu chấp hành: thay đổi trang thái của đối tượng điều khiển, là đại lượng ra của mạch điều khiển, ví dụ: xylanh, động cơ…
30 3.1.1 Van đảo chiều
Van đảo chiều cĩ nhiệm vụ điều khiển dịng năng lượng bằng cách đĩng, mở hay chuyển đổi vị trí, để thay đổi hướng của dịng năng lượng
. Nguyên lí hoạt động
Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều (hình 3.2): khi chưa cĩ tín hiệu tác động vào cửa (12) thì cửa (1) bị chặn và cửa (2) nối với cửa (3). Khi cĩ tín hiệu tác động vào cửa (12), ví dụ tác động bằng dịng khí nén, nịng van sẽ dịch chuyển về phía bên phải, cửa (1) nối với cửa (2) và cửa (3) bị chặn. Trường hợp tín hiệu tác động vào cửa (12) mất đi, dưới tác động của lực lị xo, nịng van sẽ trở về vị trí ban đầu.
Ký hiệu van đảo chiều
Chuyển đổi vị trí của nịng van được biểu diễn bằng các ơ vuơng liền nhau với các chữ cái o,a,b,c… hay các chữ số 0, 1, 2, 3….
Vị trí “khơng” được ký hiệu là vị trí mà khi van chưa cĩ tác động của tín hiệu ngồi vào. Đối với van cĩ 3 vị trí, vị trí ở giữa là vị trí “khơng”. Đối với van cĩ 2 vị trí thì vị trí “ khơng” cĩ thể là “a” hoặc là “b”, thơng thường vị trí “b” là vị trí “khơng”.
Bên trong ơ vuơng của mỗi vị trí là các đường thẳng cĩ hình mũi tên, biểu diễn hướng chuyển động của dịng qua van. Trường hợp dịng van bị chặn được biểu diễn bằn dấu gạch ngang.
a o b a b Hình 3.2: Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều
12
1
1 3
31 - Ký hiệu và tên gọi van đảo chiều (như hình vẽ)
Một số van đảo chiều thường gặp
a o b a b
Van đảo chiều 4/3 Van đảo chiều 3/2 Số vị trí
Số cửa
Hình 4.4: Ký hiệu và tên gọi của van đảo chiều a o b a b
Van đảo chiều 4/3 Van đảo chiều 3/2 Số vị trí
Số cửa
Hình 4.4: Ký hiệu và tên gọi của van đảo chiều
32 Tín hiệu tác động
Nếu ký hiệu lị xo nằm ngay bên phải của ký hiệu van đảo chiều, thì van đảo chiều đĩ cĩ vị trí “khơng”, vị trí đĩ là ơ vuơng phía bên phải của ký hiệu van đảo chiều và được ký hiệu “0”. Điều đĩ cĩ nghĩa là khí chưa cĩ tín hiệu tác động vào nịng van thì lị xo tác động giữ vị trí đĩ. a) Tín hiệu tác động bằng tay b) Tác động bằng cơ c) Tác động bằng khí nén d) Tác động bằng nam châm điện
33 Van đảo chiều cĩ vị trí “khơng”
Van đảo chiều cĩ vị trí “khơng” là van cĩ tác động bằng cơ – lị xo nên nịng van và ký hiệu lị xo nằm ngay vị trí bên cạnh ơ vuơng phía bên phải của ký hiệu van. a. Van đảo chiều 2/2: tác động cơ học – đầu dị
- Van cĩ 2 cửa P và R, 2 vị trí 0 và 1. Ở vị trí 0: cửa P và R bị chặn. Nếu đầu dị tác động vào, từ vị trí 0 van sẽ được chuyển sang vị trí 1, khi đĩ cửa P và R sẽ nối với nhau. Khi đầu dị khơng cịn tác động thì van sẽ trở lại vị trí ban đầu do lực nén của lị xo.
Một số hình ảnh của van 2/2 Hình 3.6: Van đảo chiều 2/2 (hãng festo)
34 b. Van đảo chiều 3/2: tác động cơ học – đầu dị.
Van cĩ 2 cửa P, A và R. Cĩ 2 vị trí 0, 1. Ớ vị trí 0: cửa P bị chặn, cửa A nối với cửa R. Nếu đầu dị tác động vào từ vị trí 0 van sẽ chuyển sang vị trí 1, khi đĩ cửa P nối với cửa A, cửa R sẽ bị chặn. Khi đầu dị khơng cịn tác động nữa thì van sẽ trở về vị trí ban đầu bằng lực nén của lị xo
- Van đảo chiều 3/2 tác động bằng tay – nút ấn
- Van đảo chiều 3/2 tác động bằng nam châm điện qua van phụ trợ
Hình 3.7: Van đảo chiều 3/2 ký hiệu
35 Tại vị trí “ khơng” cửa P bị chặn, cửa A nối với cửa R. Khi dịng điện vào cuộn dây, pittong trụ bị kéo lên, khí nén sẽ theo hướng P1, 12 tác động lên pittong phụ, pittong phụ bị đẩy xuống, van sẽ chuyển xang vị trí “1” cửa A nối với cửa P cửa R bị chặn.
Khi dịng điện mất đi, pittong trụ bị lị xo kéo xuống, và khí nén ở phần trên pittong phụ sẽ theo cửa R thốt ra ngồi.
- Van đảo chiều 3/2 tác động bằng tay- cơng tắc.
- Van đảo chiều 3/2 tác động bằng dịng khí nén trực tiếp từ 1 phía R A
P
R A
36 Một số hình ảnh của van đảo chiều 3/2
c. Van đảo chiều 4/2:
- Van đảo chiều 4/2 tác động bằng tay – bàn đạp
- Van đảo chiều 4/2 tác động trực tiếp bằng nam châm điện
Tại vị trí 0: cửa P nối với cửa B, cửa A nối với cửa R. Khi cĩ dịng điện vào cuộn dây van sẽ chuyển sang vị trí 1. Khi đĩ cửa A nối với P, cửa B nối với R.
d. Van đảo chiều 5/2
- Tác động bằng cơ – đầu dị
Ký hiệu van 4/2
Ký hiệu van 4/2
37 - Tác động bằng khí nén:
Một số hình ảnh của van đảo chiều 5/2
38 . Van đảo chiều khơng cĩ vị trí “khơng”
Van đảo chiều khơng cĩ vị trí “khơng” là loại van sau khi tác động lần cuối lên nịng van khơng cịn nữa thì van sẽ giữ nguyên vị trí tác động cuối cùng, chừng nào chưa cĩ tín hiệu tác động lên phía đối diện của nịng van.
Tác động lên nịng van cĩ thể là: - Tác động bằng tay, bàn đạp.
- Tác động bằng dịng khí nén điều khiển đi vào hoặc đi ra từ hai phía. - Tác động trực tiếp bằng điện từ hay gián tiếp bằng dịng khí nén qua van phụ trợ.
Loại van đảo chiều chịu tác động bằng dịng khí nén điều khiển đi vào hay đi ra từ hai nịng van hay tác động trực tiếp bằng nam châm điện từ hoặc gián tiếp bằng dịng khí nén đi qua van phụ trợ được gọi là van đảo chiều xung, bởi vì vị trí của van được thay đổi khi cĩ tín hiệu xung tác độn lên nịng van.
a. Van trượt đảo chiều 3/2 tác động bằng tay
Khi dịch chuyển ống lĩt sang vị trí a, thì cửa P nối với A và cửa R bị chặn. Khi dịch chuyển ống lĩt sang vị trí b, thì cửa A sẽ nối với với R và cửa P bị chặn.
b. Van xoay đảo chiều 4/3 tác động bằng tay
A
P R
a b
Hình 3.11: Van trượt đảo chiều tác động bằng tay Van đảo chiều 5/2 dùng tay gạt
39
c. Van đảo
chiều xung 4/2 tác động bằng dịng khí nén điều khiển đi ra từ 2 phía của nịng van: hai nịng van được khoan lỗ cĩ đường kính 1mm và thơng với cửa P. Khi cĩ áp suất ở cửa P, dịng khí nén diều khiển sẽ vào cả 2 phía đối diện của nịng van qua lỗ và nịng van ở vị trí cân bằng. Khi cửa X là cửa xả khí, nịng van sẽ được chuyển sang vị trí b, cửa P nối với của A và cửa B nối với cửa R. Khi cửa X ngừng xả khí, thì vị trí của nịng van vẫn nằm ở vị trí b, chừng nào chưa cĩ tín hiệu xả khí ở cửa Y
d. Van đảo chiều xung 5/2 tác động bằng dịng khí nén điều khiển đi ra từ 2 phía nịng van: Nguyên tắc hoạt động tương tự van đảo chiều 4/2 tác động bằng dịng khí nén điều khiển đi ra từ 2 phía của nịng van
e. Van đảo chiều xung 3/2 tác động bằng nam châm điện qua van phụ trợ
X Y A B P R Ký hiệu van 4/2 A P R X Y A B R P S X Y Ký hiệu van Hình 3.13: Van xoay đảo chiều xung 5/2 tác động bằng dịng khí nén đi ra
A B
P R Ký hiệu van
40 f. Van đảo chiều xung 4/2 tác động bằng nam châm điện qua van phụ trợ
g. Van đảo chiều xung 5/2 tác động bằng nam châm điện qua van phụ trợ A P P R X Y Ký hiệu van 4/2 A B S P R Y X
41 3.1.2 Van chặn
Van chặn là loại van chỉ cho lưu lượng khí đi theo một chiều, chiều ngược lại bị chặn. Áp suất dịng chảy tác động lên bộ phận chặn của van và van được đĩng lại. Van chặn gồm các loại sau:
- Van một chiều - Van lơgic OR - Van lơgic AND - Van xả khí nhanh . Van một chiều
a. Nguyên lý làm việc
Van một chiều cĩ tác dụng chỉ cho lưu lượng khí nén đi qua theo một chiều, chiều ngược lại bị chặn.
Dịng khí nén đi từ A qua B, chiều từ B qua A dịng khí bị chặn
b. Ký hiệu van một chiều
Van logic OR
a. Nguyên lý làm việc
Van lơgic OR cĩ chức năng là nhận tín hiệu điều khiển ở những vị trí khác nhau trong hệ thống điều khiển. Khi cĩ dịng khí nén qua cửa P1 sẽ đẩy pittong của van sang bên phải chắn cửa P2, khi đĩ cửa P1 sẽ nối với cửa A. Hoặc khí cĩ dịng khí nén đi cửa P2, sẽ đẩy pittong trụ của van sang vị trí bên trái chắn cửa P1 như vậy cửa P2 sẽ nối với cửa A b. Ký hiệu van OR A B P1 P2 A Hình 3.14: Van một chiều Hình 3.15: Van lơgic OR
42 AND
Van lơgic AND cĩ chức năng nhận tín hiệu điều khiển cùng một lúc ở những vị trí khác nhau trong hệ thống điều khiển